DM102数字化虚拟环绕声音效盒的设计

数字化虚拟环绕声音效盒DM102具有以下特性：

1.采用PS8888和PS9999虚拟环绕声处理芯片。PS9999对普通立体声信号能增强其声场深度和宽度，对输入的Dolby Pro-logic信号解码产生两路虚拟环绕声输出；PS8888对输入解码后得到的Dolby环绕四声道(Dolby Pro-Logic）或5.1声道(Dolby Digital）信号，进行虚拟处理后可通过2、3、4、5、5.1声道输出，并且具有直通和效果增强两种模式输出。

2.微电脑控制，音源切换、音量、音调、平衡、等响度等全部由数字控制，四个功能键和红外遥控操作，LED状态显示。

3.四路音源输入，在音源切换中，采用硬件过零检测技术，实现“零”噪声切换。

4.输出可配接普通功放、大屏幕彩电、组合音响、有源音箱等；另带耳机插孔，独自享受美妙的影院效果。

5.整个系统加入mP监控芯片，保证系统的工作稳定性和较强的抗干扰能力。

硬件设计采用如图1所示的总体方案。音效盒由单片机、音源切换和音量、音调控制电路、虚拟环绕声处理电路、红外接收电路和电源监控电路组成。

PS8889芯片是带有四路音源输入的可编程音量音调控制器，包括一个能切换四路音源的输入选择器。PS8889在减小L/R误差、步进误差和串扰以及最大衰减等方面都能体现出极其优良的性能，在低频段或高频段均具有激发并增大响度的功能，总谐波失真（THD）为0.002%，噪声只有5mVrms。音量调节范围：左声道0dB～-∞dB，右声道0dB～-∞dB。PS8889内部的过零检测使开关噪声最小。PS8889还能对音调进行±12dB的调整控制。PS8889有三根控制线（STB、数据线和时钟线），用于与单片机进行接口连接。PS8889的输出可以把L、R信号分成FL(前左)、RL(后左)和FR(前右）、RR（后右），并可分别控制音量。在本应用中只需两路输出，所以只用PS8889的FL、FR。

PS8889芯片在DM102音效盒中被作为两部分使用，在输入选择器和音量控制器之间接入虚拟处理芯片。这样四路音源经选择器选择一路信号，送至虚拟处理芯片进行音效处理后，再返回PS8889芯片进行音量、音调和等响度的控制。

虚拟环绕声处理电路采用PS9999芯片，两声道输入两声道输出，具有四种处理效果：对于单声道信号，变成立体声效果增强输出；对于立体声信号，进行3D效果处理并输出；对于Dolby Pro-Logic信号，进行解码并虚拟环绕声处理后由两声道输出；直通方式。由于PS9999芯片能够对Dolby Pro-Logic信号进行软件解码并虚拟环绕声处理后两声道输出，故非常适合于接驳VCD视盘机。VCD伴音均采用Dolby Pro-Logic信号，经PS9999处理后就可利用两声道功放和两只音箱系统营造环绕声场，用其组成家庭影院不仅成本低而且效果好。也可直接利用电视机喇叭来营造环绕声场。PS9999可应用于电视机音频系统或有源音箱、多媒体音箱和AV功放前置处理器。输出效果选择只需一个引脚控制，电路简单方便。

AC-3信号的虚拟环绕声处理电路采用PS8888芯片，此芯片对解码后的AC-3信号和Dolby Pro-Logic信号（DVD机输出即为解码后的这两种信号）进行虚拟环绕声处理，可有多种声道输出方式。PS8888芯片不仅具有空间环绕定位效果增强式的回放而且提高声道分离度，它产生的虚拟环绕声场适用于任意音箱数量的系统：对于杜比数字(AC-3)音频信号，可处理为5路、4路、3路和2路音频输出；对于杜比定向逻辑音频信号，可处理为4路、3路和2路音频输出。控制方式有并行和串行数字接口，串行接口有I2C 2线串行接口和3线串行接口，芯片易于各种接口方式控制。在本设计中利用PS8888芯片对解码后的多声道信号进行虚拟环绕声处理，通过两声道输出。使这款音效盒不仅可以接驳VCD、VCR等两声道输出的播放器，还可以接驳DVD视盘机，5.1信号直接输入虚拟两声道输出。

整个系统的核心采用LG公司的GMS97C51单片机。该单片机与MCS-51系列兼容，OTP器件降低了硬件成本。程序存贮器使用内部的4K字节EPROM，简化外围电路。GMS97C51提供32根I/O口线，3根用于控制PS8889芯片，一根用于控制PS9999芯片的虚拟效果/直通功能，3根用于控制PS8888芯片，状态指示LED直接由I/O口驱动。GMS97C51接收红外命令和检测按键，实现相应控制和状态显示。它的复位信号由监控芯片提供。

IMP810L监控芯片可以保证系统的工作稳定性和极强的抗干扰能力。IMP810L的Vcc检测路，可以保护系统免受低电压的影响。当Vcc降至最小复位门限以下时，系统复位。复位一直确保到Vcc返回且稳定为止。

另外，遥控接收电路选用带解调器的红外接收头，简化红外接收电路。虚拟处理会对输入信号进行提升，典型提升为9dB。为防止信号经过虚拟环绕声或3D处理后失真，在信号输入端增加衰减电路，输出时由运放再将信号放大输出。

系统程序完成的主要操作包括：读按键，接收红外遥控码，设置PS8889和PS9999芯片，状态指示。读按键操作，每隔200ms检测一次按键，如有按键，采取去抖动和延时，以便正确读取按键。红外遥控码的接收由定时器和中断来实现，红外码采用不同周期的脉冲来表示1和0，定时器逐位读取脉冲周期，得到红外码，再根据码值进行控制操作和显示。使用中断和定时器功能部件，保证红外遥控接收的实时、准确，也节省了硬件资源。PS8889、PS8888和PS9999的控制采用多个子程序，如音源切换子程序、音量调整子程序、高音调整子程序、低音调整子程序、平衡调整子程序、虚拟/直通控制子程序等，使用时分别调用。

本数字化虚拟环绕声音效盒在数字化控制和音频虚拟处理方案方面均具有先进性。

1. 音源切换和音量、音调、平衡、等响度等均采用数字方式控制。

2. 整个系统集成度高、可靠性好、性价比高整个方案采用最优化的芯片组合，具有较好的聆听效果。

3. 虚拟环绕处理方案具有理想的效果，声音定位相当精确。

4. 所有控制由红外遥控操作完成，红外遥控采用软件解码。

5. 系统加入mP监控芯片，保证系统具有强的抗干扰能力。■